Adsorptionskälte und BHKW kombiniert

Anlagen zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) werden durch die Verfügbarkeit passender Adsorptionstechnik immer attraktiver. Dass diese Kombination nicht nur sehr energieeffizient, sondern auch wirtschaftlich interessant sein kann, hat die WBT GmbH aus Bruck in Bayern schon bei einer Reihe von erfolgreichen Projekten bewiesen. Eine dieser KWKK-Anlagen kühlt seit Anfang 2012 das größte Rattan- und Flechtmöbelhaus in Bayern – das Möbelhaus MÖM. Besonders effizient und modern gelungen ist hier die Einbindung von einem Strom produzierenden BHKW und einer Adsorptionskältemaschine (AdKM) in die Gebäudetechnik.

Das zwischen Rosenheim und München gelegene Möbelhaus MÖM entstand aus der Leidenschaft von Marianne Dauelsberg für geschmackvolle Möbel und Einrichtungsgegenstände. Aus dem anfänglichen Hobby im privaten Umfeld wurde schnell mehr, und heute ist MÖM der größte Spezialist für Rattan- und Flechtmöbel in ganz Bayern. Der florierende Betrieb hat inzwischen über 20 Mitarbeiter. Aufgrund des massiven Wachstums der Firma wurde das ursprüngliche Firmengebäude schnell zu klein und war außerdem energetisch nicht mehr zeitgemäß. Deshalb entschied sich die Familie Dauelsberg für einen modernen Neubau in der Nähe von Glonn. Das neue Gebäude wurde im Dezember 2011 bei einem großen Fest feierlich eröffnet.

Entscheidungsfindung zugunsten einer KWKK-Anlage

Der Neubau sollte nicht nur architektonisch den neuesten Ansprüchen genügen, sondern auch mit einer modernen Heizung und Klimatisierung neue Maßstäbe setzen und möglichst ressourcenschonend arbeiten. So findet man heute beispielsweise neben der KWKK-Anlage auf dem Parkplatz des Möbelhauses eine energiesparende LED-Beleuchtung für die Kundenparkplätze.

Ulrich Dauelsberg, Geschäftsführer bei MÖM, entschied sich für die WBT GmbH als Planer und ausführendes Unternehmen für die neue Haustechnikanlage. Die beiden Geschäftsführer der WBT, Thomas Zeller und Ludwig Kirmair, sind Experten für die Installation von sogenannten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungen und haben bereits die vom Bundesumweltministerium ausgezeichnete KWKK-Anlage im Autohaus Gramsamer in Neufinsing bei München geplant und in­stal­liert. Diese Art von Systemen erzeugen Strom, Wärme und Kälte durch eine clevere Verbindung von Blockheizkraftwerk und Adsorptionskältemaschine. Das BHKW produziert dabei Strom und Abwärme, die die AdKM als Antriebsenergie nutzt und so das eingeführte Warmwasser in Kälte umwandelt. Der große Vorteil der AdKM ist, dass sie für die Gewinnung der Kälte quasi völlig ohne den Einsatz von Strom auskommt und so massiv elektrische Energie einspart. Außerdem zeichnet sich eine KWKK-Anlage durch einen sehr hohen Wirkungsgrad und durch die langen Laufzeiten des BHKW aus.

Nach einer ersten Kostenschätzung durch die WBT im Jahr 2010 für den Einbau einer solchen Anlage bei MÖM war Ulrich Dauelsberg überzeugt. „Wir haben im Neubau eine Fläche von circa 2000 m², die beheizt werden müssen und im Sommer dann dementsprechend klimatisiert sein sollten. Der Vorschlag für eine flächendeckende Fußbodenheizung, mit der wir im Winter heizen und im Sommer kühlen, war plausibel und auch im Nachhinein sicherlich die richtige Entscheidung. Als Herr Zeller und Herr Kirmair das System der KWKK-Kopplung vorstellten, war schnell klar, dass dies perfekt in unsere Anforderungen passen könnte“, so Dauelsberg.

Heizung und Kühlung über die Fußbodenkonstruktion

Nach einer intensiven Planungsphase im Jahr 2011 entschied man sich für ein mit Flüssiggas betriebenes BHKW der Firma KW Energie mit 28 kW thermischer Leistung und 12 kW elektrischer Leistung sowie eine InvenSor-Adsorptionskältemaschine „LTC 10 plus“ (Nennleistung 10 kW) mit integrierter Hydraulik und trockener Rückkühlung. Dabei arbeitet die „LTC“ (Low Temperature Chiller) bei besonders niedrigen Antriebstemperaturen mit reinem Wasser als Kältemittel und reduziert so neben dem Stromverbrauch auch den Einsatz klimaschädlicher Kältemittel. „Wir haben mit dem Einsatz der AdKM von Invensor sehr gute Erfahrungen gemacht, da sie sehr zuverlässig arbeiten, einfach zu bedienen sind und perfekt mit einem BHKW harmonieren. Die Kältemaschine nutzt die Abwärme des BHKW als Antrieb und erhöht so die Auslastung des BHKW (Betriebsstunden des BHKW im Jahr 2012: 5350) und damit den Nutzwert der Gesamtanlage. Die produzierte Kälte in Form von Wasser wird dann mit einer Temperatur von ca. 16–18 °C in die Fußbodenanlage gepumpt, um das Gesamtgebäude im Sommer zu kühlen, bei Heizphasen beträgt die eingeleitete Wassertemperatur ca. 23–28 °C “, erklärt Ludwig Kirmair von der WBT.

Ein weiterer interessanter Aspekt der Anlage ist, dass sich die AdKM ihre Antriebswärme nicht direkt vom BHKW holt. Die Abwärme, die das BHKW produziert, heizt die 4000 l Wasser im Warmwasserpufferspeicher auf und bei einem Bedarf für Klimatisierung bedient sich die AdKM aus diesem Speicher. Der Vorteil dieser Konstruktion: Start-Stopp-Vorgänge des BHKW können so vermieden werden. Ein Kaltwasserspeicher ist bei dieser Anlage im Gegensatz zu vielen anderen KWKK-Anlagen nicht notwendig. Die 7800 l fassende Fußbodenkühlung hält die Kälte vor und agiert ähnlich wie ein Pufferspeicher.

Für die Heizung des Fußbodens wurde neben dem BHKW ein Gasbrennwert-Spitzenlastkessel installiert, der 70 kW/h abdecken kann. Die mit Flüssiggas arbeitende Gastherme wird nur in den Spitzenzeiten im Winter dazugeschaltet, da ansonsten die Abwärme des BHKW, die an den Warmwasserpufferspeicher weitergeleitet wird, für die Heizung des gesamten Komplexes voll ausreicht. Aufgrund der Heizlastberechnung durch Thomas Zeller und die daraus resultierende Installation der Betonkernaktivierung im Fußboden (langsames Heiz- und Kühlverhalten) hat die Spitzenlasttherme in den vergangenen zwölf Monaten eine Laufzeit von bislang nur zehn Stunden.

Anders als auf den 2000 m² Verkaufsflächen im Erdgeschoss, lohnte es sich nicht, eine Fußbodenheizung auf der kleineren Bürofläche im ersten Stock des Neubaus zu in­stal­lie­ren. Hier wird über Konvektoren mit Lüftern gekühlt, die ebenfalls mit dem Pufferspeicher und der AdKM verbunden sind.

Halbierung der Betriebskosten durch KWKK-Anlage

Nachdem die KWKK-Anlage inzwischen seit über zwölf Monaten in Glonn ihren Dienst verrichtet, gibt es bereits die ersten Vergleichsergebnisse. Diese stimmen Ulrich Dauelsberg mehr als froh: „In unserem alten Gebäude hatten wir eine Fläche von 600 m², die von einem Ölkessel (Baujahr 1992) beheizt wurden. Der Verbrauch lag hier bei circa 25 000 l/a. Unsere Energie­kos­ten waren also enorm hoch (circa 1650 € pro Monat). Die Berechnungen der WBT sahen für die neue Anlage eine Kosteneinsparung von circa 35 % vor, also eine Summe von insgesamt etwa 1250 € pro Monat für Strom und Gas. Als wir nach zwölf Monaten die neuen Berechnungen erstellten, waren wir sehr überrascht – wir hatten 2012 tatsächlich nur 730 € pro Monat für Strom und Gas bezahlt, also unsere Betriebskosten um mehr als die Hälfte gesenkt, obwohl wir viel mehr Fläche haben als vorher. Das zeigt, wie gut das Gesamtsystem arbeitet, und unsere Erwartungen wurden definitiv übertroffen.“ Laut Berechnungen der WBT liegt die statische Amortisation für das Gesamtsystem bei knapp unter fünf Jahren – für KWKK-Anlagen ein sehr guter Wert. Doch nicht nur finanziell lohnt sich der Umstieg für die Familie Dauelsberg, denn aufgrund einer jährlichen Einsparung von 86 t CO₂ (66 % weniger als bei der alten Anlage) wird auch noch die Umwelt geschont.

Die KWKK-Experten aus Bayern

Die WBT GmbH ist eine Kooperation der Fachbetriebe Elektro Kirmair und Zeller Haustechnik und der Spezialist in Bayern für den Einbau von BHKW, KWK- und KWKK-Anlagen. Diesen Eindruck hatte auch das Bundesumweltministerium. Für die In­stal­la­tion eines ähnlichen KWKK-Systems wie bei MÖM erhielt die WBT im Jahr 2012 den Kältepreis des Bundesumweltministeriums. Neben den Installationen vor Ort führt die WBT in ihren neuen Ausstellungs- und Schulungsräumen auch Fachtagungen zur Funktionsweise von KWK und KWKK-Anlagen durch. Als Anschauungsprojekt hat die Firma selbst ein System im Haus installiert, dass über ein BHKW und eine AdKM verfügt.

Pioniere der Adsorptionskühlung

Die in der Lutherstadt Wittenberg und in Berlin ansässige InvenSor GmbH (www.
invensor.com) ist eines der führenden Unternehmen in der Entwicklung und Produktion von Adsorptionskältemaschinen in einem Leistungssegment von 5 kW bis 100 kW. Die Kältemaschinen von InvenSor erzeugen kaltes Wasser und nutzen dafür als Antriebsenergie Wärme statt Strom. Typische Wärmequellen sind Blockheizkraftwerke, Solaranlagen und industrielle Abwärme. Für die Kühlung gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise Rechenzentren, Büroräume, Verkaufsräume, oder die Kühlung von industriellen Prozessen. Für niedrige Antriebstemperaturen von rund 65 °C hat InvenSor die sogenannten „LTC“-Maschinen im Programm. In Ländern mit hohen Außentemperaturen kommen hingegen die „HTC“-Maschinen zum Einsatz. Die InvenSor-Kältemaschinen wurden 2009 und 2012 mit dem Kältepreis des Bundesumweltministeriums und 2010 mit dem Intersolar Award ausgezeichnet.

Bei den InvenSor-Adsorptionsmaschinen lassen sich Zieltemperaturen für Kaltwasser und für den Rücklauf im Antriebskreislauf über das mehrsprachige farbige Touch-Display sehr einfach einstellen. Auch die Nutzung als Wärmepumpe ist schon vorbereitet und kann am Gerät aktiviert werden. Mit der bereits integrierten Hydraulik können Fachleute und Planer ihre speziellen Lösungen, wie z.B. Nutzung von freier Kühlung an kalten Tagen, umsetzen, ohne die Komplexität und damit Fehleranfälligkeit der Gesamtanlage wesentlich zu erhöhen. Der leicht zu bedienende Inbetriebnahmemodus, die automatische Betriebsoptimierung und die standardmäßig vorhandene Internetschnittstelle machen die Geräte von InvenSor zu Plug-&-Play-Geräten, die leicht zu bedienen sind.